特開 2023-148811 鋼管柱の溶接方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023148811

(43)【公開日】2023-10-13

(54)【発明の名称】鋼管柱の溶接方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/12 20060101AFI20231005BHJP

   B23K 9/00 20060101ALI20231005BHJP

   B23K 9/095 20060101ALI20231005BHJP

   B23K 9/028 20060101ALI20231005BHJP

【ＦＩ】

B23K9/12 331K

B23K9/00 501B

B23K9/095 505C

B23K9/028 J

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022057051

(22)【出願日】2022-03-30

(71)【出願人】

【識別番号】390037154

【氏名又は名称】大和ハウス工業株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】302060926

【氏名又は名称】株式会社フジタ

(71)【出願人】

【識別番号】305017815

【氏名又は名称】十一屋工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002572

【氏名又は名称】弁理士法人平木国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】平松 剛

(72)【発明者】

【氏名】森 貴久

(72)【発明者】

【氏名】大附 和敬

(72)【発明者】

【氏名】田原 健一

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 聡

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 一道

【テーマコード（参考）】

4E081

【Ｆターム（参考）】

4E081AA15

4E081BA02

4E081DA01

4E081DA05

4E081DA11

4E081DA19

4E081DA28

4E081EA17

4E081EA24

4E081EA38

4E081EA44

4E081YB03

4E081YX02

(57)【要約】

【課題】上部鋼管柱と下部鋼管柱との安定した品質の溶接をより簡単に行うことができる鋼管柱の溶接方法を提供する。
【解決手段】第１溶接区間Ｐａでは、一方の建て入れ治具３が対向する位置から、トーチ９２の移動方向Ｄの後方側に向かってトーチ９２を傾斜させる。この状態で、トーチ９２を移動するに従って、鋼管柱１の表面の法線方向に対してトーチ９２の後退角度αを減少させながら溶接を行う。第２溶接区間Ｐｂでは、第１溶接区間Ｐａの終端におけるトーチ９２の傾斜角度（後退角度）αを維持し、トーチ９２の移動方向Ｄの後方側に向かってトーチ９２を傾斜させながら溶接を行う。第３溶接区間Ｐｃでは、第２溶接区間Ｐｂの終端におけるトーチ９２の傾斜角度（後退角度）βから、トーチ９２の移動方向に前方側に向かってトーチ９２の傾斜を変化させる。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

エレクションピースを建て入れ治具で連結して仮固定された上部鋼管柱と下部鋼管柱との開先に、溶接用ロボットに取付けられたトーチの先端から、溶融した溶接材料を供給しながら前記トーチを前記開先に沿って移動させ、前記上部鋼管柱と前記下部鋼管柱とを溶接する鋼管柱の溶接方法であって、
前記溶接方法は、前記鋼管柱の周方向に沿って仮固定された建て入れ治具間において、前記上部鋼管柱と前記下部鋼管柱との溶接を、前記溶接用ロボットで行う際に、
一方の建て入れ治具から他方の建て入れ治具までの間の治具間溶接区間は、
前記一方の建て入れ治具が対向する位置から、前記トーチの移動方向の後方側に向かって前記トーチを傾斜させた状態で、前記トーチを移動するに従って、前記鋼管柱の表面の法線方向に対して前記トーチの傾斜角度を減少させながら溶接を行う第１溶接区間と、
前記第１溶接区間に連続し、前記第１溶接区間の終端における前記トーチの傾斜角度を維持し、前記トーチの移動方向の後方側に向かって前記トーチを傾斜させながら溶接を行う第２溶接区間と、
前記第２溶接区間に連続し、前記第２溶接区間の終端における前記トーチの傾斜角度から、前記トーチの移動方向に前方側に向かって前記トーチの傾斜を変化させつつ、前記鋼管柱の表面の法線方向に対して前記傾斜角度をさらに増加させながら、前記他方の建て入れ治具が対向する位置まで溶接を行う第３溶接区間と、
を有することを特徴とする鋼管柱の溶接方法。

【請求項2】

前記鋼管柱は、角形の鋼管柱であって、前記建て入れ治具は平面部に設置されており、前記第２溶接区間は、前記鋼管柱の前記平面部との間を繋ぐＲ角部を含むことを特徴とする請求項１に記載の鋼管柱の溶接方法。

【請求項3】

前記第１溶接区間において、前記トーチの移動量に合わせて、線形的に前記トーチの傾斜角度を減少させ、
前記第３溶接区間において、前記トーチの移動量に合わせて、線形的に前記トーチの傾斜角度を増加させることを特徴とする請求項１または２に記載の鋼管柱の溶接方法。

【請求項4】

前記溶接用ロボットは、多関節ロボットであり、
前記溶接の前に、前記下部鋼管柱を挟むように、前記下部鋼管柱に一対のレールを取付けるレール取付工程を含み、
前記溶接において、前記多関節ロボットを前記レールに沿って走行させながら、前記上部鋼管柱と前記下部鋼管柱との溶接を行うものであり、
前記鋼管柱の全周にわたって、前記治具間溶接区間における溶接を複数回行った後、
前記建て入れ治具を前記鋼管柱から撤去し、
各多関節ロボットにより溶接する溶接区間のうち、溶接開始の区間と溶接終了の区間を少なくとも除く区間において、前記トーチの移動方向の後方側に向かって、前記トーチを傾斜させながら溶接を行うことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の鋼管柱の溶接方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、上部鋼管柱と下部鋼管柱を溶接する鋼管柱の溶接方法に関する。

【背景技術】

【0002】

この種の技術として、たとえば、特許文献１には、上部鋼管柱と下部鋼管柱との開先に、溶融した溶接材料を供給しながら、上部鋼管柱と下部鋼管柱を溶接する鋼管柱の溶接方法が提案されている。

【0003】

具体的には、エレクションピースを建て入れ治具で連結して仮固定された上部鋼管柱と下部鋼管柱とを、溶接用ロボットにより、複数層で初期溶接を行い、建て入れ治具を取り除いた後、溶接用ロボットにより、残りの層数の溶接を行っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第６３１５８９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、鋼管柱の周方向に沿って、上部鋼管柱と下部鋼管柱との溶接を、溶接用ロボットで行う際に、溶接用ロボットに取付けられたトーチの方向によっては、安定したビードが形成されないことがあり、溶接した部分の品質が、望ましいものとは言えないことがある。

【0006】

本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、上部鋼管柱と下部鋼管柱との安定した品質の溶接を行うことができる鋼管柱の溶接方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記課題を鑑みて、本発明に係る鋼管柱の溶接方法は、エレクションピースを建て入れ治具で連結して仮固定された上部鋼管柱と下部鋼管柱との開先に、溶接用ロボットに取付けられたトーチの先端から、溶融した溶接材料を供給しながら前記トーチを前記開先に沿って移動させ、前記上部鋼管柱と前記下部鋼管柱とを溶接する鋼管柱の溶接方法であって、前記溶接方法は、前記鋼管柱の周方向に沿って仮固定された建て入れ治具間において、前記上部鋼管柱と前記下部鋼管柱との溶接を、前記溶接用ロボットで行う際に、一方の建て入れ治具から他方の建て入れ治具までの間の治具間溶接区間は、前記一方の建て入れ治具が対向する位置から、前記トーチの移動方向の後方側に向かって前記トーチを傾斜させた状態で、前記トーチを移動するに従って、前記鋼管柱の表面の法線方向に対して前記トーチの傾斜角度を減少させながら溶接を行う第１溶接区間と、前記第１溶接区間に連続し、前記第１溶接区間の終端における前記トーチの傾斜角度を維持し、前記トーチの移動方向の後方側に向かって前記トーチを傾斜させながら溶接を行う第２溶接区間と、前記第２溶接区間に連続し、前記第２溶接区間の終端における前記トーチの傾斜角度から、前記トーチの移動方向に前方側に向かって前記トーチの傾斜を変化させつつ、前記鋼管柱の表面の法線方向に対して前記傾斜角度をさらに増加させながら、前記他方の建て入れ治具が対向する位置まで溶接を行う第３溶接区間と、を有することを特徴とする。

【0008】

本発明によれば、エレクションピースを建て入れ治具で連結して仮固定された上部鋼管柱と下部鋼管柱との開先に、溶接用ロボットに取付けられたトーチの先端から、溶融した溶接材料を供給しながら、トーチを前記開先に沿って移動させ、上部鋼管柱と前記下部鋼管柱とを溶接することができる。

【0009】

ここで、鋼管柱の周方向に間隔を空けて、複数の建て入れ治具が設けられており、本実施形態では、溶接方法は、鋼管柱の周方向に沿って仮固定された建て入れ治具間において、上部鋼管柱と下部鋼管柱との溶接を溶接用ロボットで行う際に、以下の溶接を行う。具体的には、一方の建て入れ治具から他方の建て入れ治具までの間の治具間溶接区間は、第１～第３溶接区間を有する。

【0010】

第１溶接区間では、一方の建て入れ治具が対向する位置から、トーチの移動方向の後方側に向かって前記トーチを傾斜させた状態で、前記トーチを移動するに従って、鋼管柱の表面の法線方向に対して前記トーチの傾斜角度（後退角度）を減少させながら溶接を行う。これにより、一方の建て入れ治具にトーチが接触することを回避しつつ、一方の建て入れ治具と対向する位置にある開先に、溶融した溶接材料を安定して供給することができ、後述する第２区間における姿勢まで、トーチの傾斜角度を変更することができる。

【0011】

ここで、トーチの初期の後退角度は、一方の建て入れ治具と対向する位置にある開先に、溶融した溶接材料を安定して供給することができるのであれば、特に、その角度は限定されない。たとえば、トーチが第２溶接区間に到達するまでの間に（第１溶接区間の終点において）、傾斜角度が、５°～２５°の範囲にあることが好ましい。

【0012】

さらに、第２溶接区間は、第１溶接区間と連続しており、この区間では、第１溶接区間の終端におけるトーチの傾斜角度（後退角度）を維持し、トーチの移動方向の後方側に向かってトーチを、一定の後退角度で傾斜させながら溶接を行うことができる。第２溶接区間でも、開先に対して、溶融した溶接材料を供給し安定した溶接を行うことができる。ここで、第２の溶接区間でも、トーチを５°～２５°の後退角度で傾斜させることが好ましい。

【0013】

このように、第１および第２溶接区間では、トーチの移動方向の後方に向くように、トーチを傾斜させながら溶接を行う（すなわち後退法で溶接を行う）。このような後退法では、溶融した溶接材料が、アークを先行せず、溶融した溶接材料が、トーチの移動方向の後方に押し上げられるため、開先内において、溶融した溶接材料が溶け込み易く、安定した溶接をより確実に行うことができる。

【0014】

さらに、第３溶接区間は、前記第２溶接区間に連続している。この区間では、第２溶接区間の終端におけるトーチの傾斜角度から、トーチの移動方向に前方側に向かってトーチの傾斜を変化させつつ、鋼管柱の表面の法線方向に対して傾斜角度をさらに増加させながら、他方の建て入れ治具の対向する位置まで溶接を行うことができるので、他方の建て入れ治具にトーチが接触することを回避することができる。

【0015】

ここで、好ましい態様としては、前記鋼管柱は、角形の鋼管柱であって、前記建て入れ治具は平面部に設置されており、前記第２溶接区間は、前記鋼管柱の前記平面部との間を繋ぐＲ角部を含む。

【0016】

この態様によれば、Ｒ角部は、表面が湾曲しているため、溶融した溶接材料により、安定したビードを形成し難いところ、トーチの移動方向の後方側に向かってトーチを、一定の後退角度で傾斜させながら溶接を行うので、このようなＲ角部における開先に対して、溶融した溶接材料を安定して供給しながら溶接を行うことができる。

【0017】

ここで、好ましい態様としては、前記第１溶接区間において、前記トーチの移動量に合わせて、線形的に前記トーチの傾斜角度を減少させ、前記第３溶接区間において、前記トーチの移動量に合わせて、線形的に前記トーチの傾斜角度を増加させる。

【0018】

この態様によれば、第１溶接区間において、トーチの移動量に合わせて、線形的にトーチの傾斜角度を減少させながら溶接を行うので、傾斜角度を減少させても、安定した溶接部分（ビード）を形成することができる。同様に、第３溶接区間において、トーチの移動量に合わせて、線形的にトーチの傾斜角度を増加させながら溶接を行うので、傾斜角度を増加させても、安定した溶接部分（ビード）を形成することができる。

【0019】

ここで、上述した溶接用ロボットは、溶接機のトーチ先端の位置を適切な位置に移動させることができるものであれば、たとえば、レール上を走行する溶接用ロボットや、旋回のみを行う溶接用ロボットであってもよく、溶接用ロボットの形態は、特に限定されるものではない。より好ましい態様としては、前記溶接用ロボットは、多関節ロボットであり、前記溶接の前に、前記下部鋼管柱を挟むように、前記下部鋼管柱に一対のレールを取付けるレール取付工程を含み、前記溶接において、前記多関節ロボットを前記レールに沿って走行させながら、前記上部鋼管柱と前記下部鋼管柱との溶接を行うものであり、前記鋼管柱の全周にわたって、前記治具間溶接区間における溶接を複数回行った後、前記建て入れ治具を前記鋼管柱から撤去し、各多関節ロボットにより溶接する溶接区間のうち、溶接開始の区間と溶接終了の区間を少なくとも除く区間において、前記トーチの移動方向の後方側に向かって、前記トーチを傾斜させながら溶接を行う。

【0020】

この態様によれば、建て入れ治具を鋼管柱から撤去した後も、各多関節ロボットにより溶接する溶接区間のうち、溶接開始の区間と溶接終了の区間を少なくとも除く区間において、トーチの移動方向の後方側に向かって、トーチを傾斜させながら安定した溶接を行うことができる。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、上部鋼管柱と下部鋼管柱との安定した品質の溶接をより簡単に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の実施形態に係る鋼管柱の溶接方法を説明するためのフロー図である。

【図2】仮固定工程を説明するための側面図である。

【図3】レール取付工程およびロボット設置工程を説明するための模式的斜視図である。

【図4】建て入れ治具を取付けた状態の第１溶接工程を説明するための模式的平面図である。

【図5】（ａ）は、水平方向から視たトーチと開先との関係を示した図であり、（ｂ）は、トーチの後退角度を説明するための図であり、（ｃ）は、トーチの前進角度を説明するための図である。

【図6】トーチの傾斜角度を説明するための模式図である。

【図7】トーチの移動量と傾斜角度の関係を示す図である。

【図8】建て入れ治具を撤去した後の第２溶接工程を説明するための模式的平面図である。

【図9】変形例に係る鋼管柱の溶接方法を説明するための模式的斜視図である。

【図10】図９に示すさらなる変形例に係る鋼管柱の溶接方法を説明するための模式的平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明の実施形態に係る鋼管柱の溶接方法について、図面を参照しながら説明する。

【0024】

図１は、本発明の実施形態に係る鋼管柱１の溶接方法を説明するためのフロー図である。以下に、本実施形態における溶接方法として、図１に示す仮固定工程Ｓ１から第２溶接工程Ｓ６までの各工程について、詳細に説明する。

【0025】

１．仮固定工程Ｓ１について、
実施形態では、まず、仮固定工程Ｓ１を行う。図２に示すように、仮固定工程Ｓ１において、上部鋼管柱１０と下部鋼管柱２０とを建て入れ治具３で仮固定した後、上部鋼管柱１０の傾きを調整する。

【0026】

ここで、上部鋼管柱１０と下部鋼管柱２０とは、４つの平面部と４つの湾曲部によって形成された多角形鋼管からなり、上部鋼管柱１０および下部鋼管柱２０のそれぞれの４つの平面部１０ａ、２０ａには、エレクションピース１１、２１が取付けられている。平面部１０ａ、１０ａ（２０ａ、２０ａ）同士の間には、表面が所定の曲率半径で湾曲した４つのＲ角部１０ｂ（２０ｂ）が形成されている。なお、上部鋼管柱１０と下部鋼管柱２０とは、図２および図３等に示す四角形の角形鋼管柱に限定されるものではなく、たとえば、四角形以外の多角形の角形鋼管柱（具体的には四面以上の多角形鋼管）であってもよく、四面ボックス柱など多面ボックス柱であってもよく、円筒状の鋼管柱であってもよい。

【0027】

上部鋼管柱１０の下端縁面１３は、外側に向いて傾斜したテーパ面であり、下部鋼管柱２０の上端縁面２３は、下部鋼管柱２０の長手方向に対して直交するように形成された平坦面である。これにより、下部鋼管柱２０の上端縁面２３に対向するように、上部鋼管柱１０の下端縁面１３を配置すると、上部鋼管柱１０と下部鋼管柱２０との間に、上部鋼管柱１０と下部鋼管柱２０の周方向に沿った開先３０を形成することができる。

【0028】

さらに、本実施形態では、下部鋼管柱２０の内壁面には、図５（ａ）に示すように、裏当金３１が周方向に沿って取付けられている。裏当金３１は、下部鋼管柱２０の上端縁面２３から鉛直方向（下部鋼管柱２０の長手方向）に突出しており、下部鋼管柱２０に上部鋼管柱１０を配置する際に、裏当金３１の突出した部分が、上部鋼管柱１０に内挿される。

【0029】

このような裏当金３１により、後述するように、上部鋼管柱１０の傾きを調整した際に、上部鋼管柱１０と下部鋼管柱２０との間隙を、裏当金３１で覆うことができるので、溶接時に、溶融した溶接材料が、鋼管柱１の内部に入り込むことを防止することができる。なお、本実施形態では、裏当金３１を、下部鋼管柱２０の内壁面に取付けたが、たとえば、上部鋼管柱１０の下端縁面１３から突出するように、裏当金を上部鋼管柱１０の内壁面に取付けてもよい。

【0030】

仮固定工程Ｓ１では、まず、下部鋼管柱２０に上部鋼管柱１０を配置するとともに、裏当金３１の突出した部分を、上部鋼管柱１０に内挿する。建て入れ治具３の上側の端部を、ボルト等を用いてエレクションピース１１に締結し、その下側の端部を、ボルト等を用いてエレクションピース２１に締結する。これにより、上部鋼管柱１０と下部鋼管柱２０とのエレクションピース１１、２１同士を建て入れ治具３で連結し、上部鋼管柱１０と下部鋼管柱２０とを仮固定することができる。

【0031】

次に、下部鋼管柱２０の上側に配置された上部鋼管柱１０の傾きを調節する。これにより、上部鋼管柱１０と下部鋼管柱２０との鉛直度を調整し、上部鋼管柱１０と下部鋼管柱２０を合わせることができる。

【0032】

ここでは、建て入れ治具３の構造の詳細な説明を省略するが、各建て入れ治具３は、上下に配置された２つのエレクションピース１１、２１同士の間の距離を調節可能に構成されている。これにより、図２に示すように、上下に配置された上部鋼管柱１０と下部鋼管柱２０との隙間を調節することが可能であるとともに、上側に配置された上部鋼管柱１０の傾きを調節することができる。後述する溶接工程７の後またはその途中で、除去工程Ｓ８において、建て入れ治具３はエレクションピース１１、２１から取り外され、上部鋼管柱１０および下部鋼管柱２０から、エレクションピース１１、２１は切断される。

【0033】

２．レール取付工程Ｓ２について
図１に示すレール取付工程Ｓ２を行う。この工程では、下部鋼管柱２０を挟むように、下部鋼管柱２０に一対のレール７３、７３を、取付ける。本実施形態では、下部鋼管柱２０の４つの平面部のうち、反対側に位置する２つの平面部のそれぞれには、一対の支持片７８、７８が溶接されている。本実施形態では、まず、下部鋼管柱２０に、第１支持部材７１で挟むように、支持片７８、７８に、第１支持部材７１を固定する。本実施形態では、第１支持部材７１は、Ｈ形鋼などの長尺状の部材であり、後述する多関節ロボット（ロボットアーム）８０が、走行するレール７３と直交する方向に延在している。

【0034】

次に、下部鋼管柱２０を挟むように、一対の第２支持部材７２を一対の第１支持部材７１に跨って固定する。第２支持部材７２は、長尺状の部材であり、第２支持部材７２には、長手方向に沿ってレール７３が取付けられているので、下部鋼管柱２０を挟むように、下部鋼管柱２０に一対のレール７３、７３を、取付けることができる。なお、本実施形態では、第１支持部材７１と第２支持部材７２とを用いて、下部鋼管柱２０にレール７３を取付けたが、たとえば、剛性が確保することができるのであれば、下部鋼管柱２０に、レール７３を取付けてもよい。

【0035】

本実施形態では、レール７３は、リニアガイドレールであり、レール７３には、台車（スライダ）７４が取付けられている。台車７４は、図示しないモータにより、レール７３に沿って走行自在となっている。なお、本実施形態では、台車７４の走行制御、後述する多関節ロボット８０の駆動制御、多関節ロボット８０の先端に取付けられたトーチ９２による溶接条件に応じた溶接等は、制御装置（図示せず）により行われるが、たとえば、これらの作業の少なくとも一部を作業者により行ってもよい。

【0036】

３．ロボット設置工程Ｓ３について
次に、図１に示すロボット設置工程Ｓ３を行う。この工程では、多関節ロボット８０を、台車７４に設置する。本実施形態で用いる多関節ロボット８０は、６軸で回動するロボットであり、溶接機に接続された溶接用ロボットである。

【0037】

多関節ロボット８０は、溶接機（図示せず）に接続された溶接用ロボットであり、多関節ロボット８０は、台車７４に取付けられる基台８２と、基台８２に載置され、基台８２に対して旋回する旋回台８３と、を備えている。旋回台８３には、ロアアーム８４が枢動自在に取付けられている。ロアアーム８４の先端には、関節部８５が枢動自在に取付けられている。関節部８５には、アッパアーム８６が、長手方向を軸心として回動自在に取付けられている。

【0038】

さらに、アッパアーム８６の先端には、エンドエフェクタとなる溶接機のトーチ９２を支持する支持アーム８７が取付けられている。支持アーム８７は、アッパアーム８６に対して、トーチ９２には、溶接ワイヤを送給するケーブル９１が接続されており、ケーブル９１の基端は溶接ワイヤを送給する送給装置（図示せず）に接続されている。

【0039】

４．第１溶接工程Ｓ４について
次に、図１に示す第１溶接工程Ｓ４を行う。この工程では、上部鋼管柱１０と下部鋼管柱２０との溶接を、多関節ロボット８０で行う。本実施形態では、図４に示すように、対向するレール７３、７３の間の空間を境界線で仕切った領域Ａ、Ｂにおいて、それぞれの多関節ロボット（溶接用ロボット）８０が溶接を行うように、設定されている。この設定された領域Ａ、Ｂ内において、各多関節ロボット８０で溶接する際には、トーチ９２を開先３０の溶接ラインに沿って移動させながら、トーチ９２の先端から開先３０に溶接材料を供給する。具体的には、周方向に沿って周回する開先３０（の溶接ライン）を、４つの治具間溶接区間１Ｌ、１Ｒ、…に分割する。本実施形態では、エレクションピース１１、２１を挟んだ４つの区間で開先３０の溶接ラインを分割している。

【0040】

図４に示す治具間溶接区間１Ｌ、１Ｒ、…ごとに溶接する場合には、治具間溶接区間１Ｌ、１Ｒ、…の境界にあるエレクションピース１１、２１を、多関節ロボット８０が通過する際に、一旦溶接が中断され、溶接条件が変更されるため、よりスムーズに溶接をすることができる。なお、この溶接の中断時に、トーチ９２等の清掃を自動で行うこともできる。

【0041】

ここで、トーチ９２を開先３０の溶接ラインに沿って複数回移動させながら、溶接材料を供給し、多層肉盛り部となる溶接部分（ビード）３６を形成してもよい。この際には、トーチ９２の先端部に位置する溶接点の位置とトーチ９２の方向は、移動ごとに異なるため、このような溶接を行う際には、多関節ロボットにより溶接を行うことが適している。また、各治具間溶接区間１Ｌ、１Ｒ、…において、トーチ９２を移動させて、溶接材料を肉盛る回数は同じであることが好ましい。これにより、溶接部（ビード）に段差が形成されることを抑えることができる。

【0042】

本実施形態では、一対の多関節ロボット８０、８０のトーチ９２の先端を、鋼管柱１の中心軸を挟んで対向させながら、上部鋼管柱１０と下部鋼管柱２０との溶接を行う。これにより、上部鋼管柱１０および下部鋼管柱２０への溶接時の熱を、鋼管柱１の中心軸を挟んで対称に入熱することができる。この結果、鋼管柱１の中心軸の歪み等を抑えることができる。

【0043】

なお、実施形態では、溶接工程Ｓ７における多関節ロボット８０の制御は、多関節ロボット８０の制御装置（図示せず）により行われ、溶接条件、ロボットの動作などは、予めプログラムに記憶され、作業者により分割した治具間溶接区間１Ｌ、１Ｒ、…が制御装置に入力される。これにより、溶接工程Ｓ７における一連の作業を自動で行うことができる。

【0044】

ここで、第１溶接工程Ｓ４および後述する第２溶接工程Ｓ６では、図５（ａ）に示すように、開先３０の斜め上方から、トーチ９２により、溶融した溶接材料を供給する。また、図５（ｂ）に示すように、トーチ９２の移動方向Ｄの後方側に向かってトーチ９２を傾斜させながら、後退法で溶接を行う（後退角度αで溶接を行う）。必要に応じて、図５（ｃ）に示すように、トーチ９２の移動方向Ｄの前方側に向かってトーチ９２を傾斜させながら、前進法で溶接を行う（前進角度βで溶接を行う）。

【0045】

本実施形態では、鋼管柱１の周方向に沿って仮固定された建て入れ治具３、３間において、上部鋼管柱１０と下部鋼管柱２０との溶接を、多関節ロボット８０で行う際に、一方の建て入れ治具３から他方の建て入れ治具３までの間の各治具間溶接区間１Ｒ、１Ｌ、２Ｒ、２Ｌを、以下に示す、第１～第３溶接区間Ｐａ～Ｐｃに区分して、溶接を行う。

【0046】

図４、図６、および図７に示すように、第１溶接区間Ｐａでは、一方の建て入れ治具３が対向する位置から、トーチ９２の移動方向Ｄの後方側に向かってトーチ９２を傾斜させる。この状態で、トーチ９２を移動するに従って、鋼管柱１の表面の法線方向に対してトーチの傾斜角度（後退角度）αを減少させながら溶接を行う。ここで、第１溶接区間Ｐａの始点では、トーチ９２が一方の建て入れ治具３に機械的に干渉せずに安定した品質の溶接が行えればよく、第１溶接区間Ｐａの始点におけるトーチ９２の傾斜角度（後退角度）は、３０°～４５°の範囲であり、第１溶接区間Ｐａの終点における傾斜角度（後退角度）は、５°～２５°の範囲にあることが好ましく、これらの範囲内において、第１溶接区間Ｐａの始点から終点までの間において、後退角度を減少させながら溶接を行う。たとえば、第１溶接区間Ｐａでは、トーチ９２の傾斜角度（後退角度）αを４５°～１０°に変化させる。

【0047】

これにより、一方の建て入れ治具３と対向する位置にある開先３０に、後退角度αで溶融した溶接材料を安定して溶接することができる。さらに、一方の建て入れ治具３がトーチ９２に接触することを回避しながら、後述する第２溶接区間Ｐｂにおける姿勢まで、トーチ９２の傾斜角度を変更することができる。

【0048】

第２溶接区間Ｐｂは、第１溶接区間Ｐａに連続している。第２溶接区間Ｐｂでは、第１溶接区間Ｐａの終端におけるトーチ９２の傾斜角度（後退角度）αを維持し、トーチ９２の移動方向Ｄの後方側に向かってトーチ９２を傾斜させながら溶接を行う。第２溶接区間Ｐｂは、鋼管柱１の平面部１０ａ（２０ａ）との間を繋ぐＲ角部１０ｂ（２０ｂ）を含む。なお、Ｒ角部１０ｂ（２０ｂ）の表面の法線方向とは、水平方向に沿った鋼管柱１の断面において、Ｒ角部１０ｂ（２０ｂ）の表面と直交する方向である。ここで、第２溶接区間Ｐｂの後退角度は、５°～２５°の範囲にあることが好ましく、たとえば、１０°である。これにより、第２溶接区間Ｐｂでも、一定の後退角度βで、開先３０に対して、溶融した溶接材料を供給し、安定した溶接を行うことができる。

【0049】

このように、第１および第２溶接区間Ｐａ、Ｐｂでは、トーチ９２の移動方向の後方に向くように、トーチ９２を傾斜させながら溶接を行う（すなわち後退法で溶接を行う）。このような後退法では、溶融した溶接材料が、アークを先行せず、溶融した溶接材料が、トーチ９２の移動方向Ｄの後方に押し上げられるため、開先３０内において、溶融した溶接材料が溶け込み易く、安定した溶接をより確実に行うことができる。

【0050】

鋼管柱１のＲ角部１０ｂ（２０ｂ）は、表面が湾曲しているため、溶融した溶接材料により、安定したビード３６を形成し難いところ、トーチ９２の移動方向Ｄの後方側に向かってトーチ９２を、一定の後退角度αで傾斜させながら溶接を行うことができる。これにより、鋼管柱１のＲ角部１０ｂ（２０ｂ）における開先３０に対して、溶融した溶接材料を安定して供給ながら溶接を行うことができる。

【0051】

さらに、第３溶接区間Ｐｃは、第２溶接区間Ｐｂに連続している。第３溶接区間Ｐｃでは、第２溶接区間Ｐｂの終端におけるトーチ９２の傾斜角度（後退角度）βから、トーチ９２の移動方向に前方側に向かってトーチ９２の傾斜を変化させる。具体的には、鋼管柱１の表面の法線方向に対して傾斜角度（前進角度）βをさらに増加させながら、他方の建て入れ治具３が対向する位置まで溶接を行う。ここで、第３溶接区間Ｐｃの始点の角度は、第２溶接区間Ｐｃの終点の角度を維持し、第３溶接区間Ｐｃの終点の角度は、トーチ９２が他方の建て入れ治具３に機械的に干渉せずに安定した品質の溶接が行えればよい。たとえば、第３溶接区間Ｐｃの始点におけるトーチ９２の傾斜角度（後退角度）αは、５°～２５°の範囲であり、第３溶接区間Ｐｃの終点における傾斜角度（前進角度）βは、３０°～４５°の範囲にあることが好ましく、これらの範囲内において、第３溶接区間Ｐｃの始点から終点までの間において、トーチ９２の後退角度を前進角度に変化させ、続けて前進角度を増加させながら溶接を行う。

【0052】

これにより、鋼管柱１の表面の法線方向に対して傾斜角度（前進角度）βをさらに増加させながら、他方の建て入れ治具３の対向する位置まで溶接を行うことができるので、他方の建て入れ治具３にトーチ９２が接触することを回避することができる。

【0053】

なお、本実施形態では、多関節ロボット８０により、治具間溶接区間１Ｒの溶接を行った後、多関節ロボット８０の姿勢を入れ替えて、治具間溶接区間１Ｌを引き続き行う。治具間溶接区間１Ｒでも、第１溶接区間Ｐａ～Ｐｃを設定し、溶接を行う。これを１パス目の溶接として、２パス目は、治具間溶接区間１Ｌにおいて、境界部分の建て入れ治具３から順に、第１溶接区間Ｐａ～Ｐｃを設定し、溶接を行い、続けて、治具間溶接区間１Ｒにおいて、レール７３と対向する建て入れ治具３から順に、第１溶接区間Ｐａ～Ｐｃを設定し、溶接を行う。これらの区間を往復するように、複数回溶接を繰り返す。したがって、前のパスにおいて、前進法で溶接を行った第３溶接区間Ｐｃは、その後のパスにおいて、後退法で溶接を行う第１溶接区間Ｐａとなるため、安定した溶接を実現することができる。

【0054】

５．撤去工程Ｓ５について
撤去工程Ｓ５では、鋼管柱の全周にわたって、前記溶接区間における溶接を複数回行った後、建て入れ治具３を鋼管柱１から撤去する。この際に、鋼管柱１からエレクションピース１１、２１を切断してもよい。

【0055】

６．第２溶接工程Ｓ６について
撤去工程Ｓ５後に、第２溶接工程Ｓ６を行う。ここでは、各多関節ロボット８０により溶接する溶接区間１Ｔ、２Ｔのうち、溶接開始の区間と溶接終了の区間を少なくとも除く区間において、トーチ９２の移動方向の後方側に向かって、トーチ９２を傾斜させながら溶接を行う。

【0056】

この工程では、図８に示すように、溶接区間１Ｔ、２Ｔにおいて、第１溶接工程Ｓ４と同じように、第１～第３溶接区間Ｐａ～Ｐｃにおいて、上部鋼管柱１０と下部鋼管柱２０との溶接を行う。この工程では、溶接区間１Ｔ、２Ｔのそれぞれにおいて、トーチ９２を往復させながら、設定した第１～第３溶接区間Ｐａ～Ｐｃで溶接を行う。図８の例では、往路の溶接を示しており、復路の溶接の場合には、これらの区間を逆に設定する。なお、本実施形態では、第１～第３溶接区間Ｐａ～Ｐｃを設定して溶接を行ったが、溶接区間１Ｔ、２Ｔをすべて、一定の後退角度αで溶接してもよい。

【0057】

この工程では、建て入れ治具３を鋼管柱１から撤去した後も、各多関節ロボット８０により溶接する溶接区間１Ｔ、２Ｔのうち、溶接開始の区間（たとえば第１溶接区間Ｐａ）と溶接終了の区間（たとえば第３溶接区間Ｐｃ）を少なくとも除く区間（たとえば第２溶接区間Ｐｂ）において、トーチ９２の移動方向Ｄの後方側に向かって、トーチ９２を傾斜させながら安定した溶接を行うことができる。また、レール７３と対向する位置に配置された建て入れ治具３を撤去した位置は、後退法および前進法による溶接部分が形成されているが、建て入れ治具３を撤去した後、この位置において一定の後退角度αで複数回溶接を行うことができる。

【0058】

図９は、変形例に係る鋼管柱１の溶接方法を説明するための模式的斜視図である。
この変形例では、溶接工程において、上部鋼管柱１０および下部鋼管柱２０を１組として、水平方向に沿って、一方向に配列された複数組（図１０では２組）の上部鋼管柱１０および下部鋼管柱２０の溶接を行う。

【0059】

レール取付工程Ｓ２において、図９に示すように、２組の上部鋼管柱１０および下部鋼管柱２０に対して、各下部鋼管柱２０を挟み込むように、下部鋼管柱２０に一対のレール７３を、取付ける。第１および第２溶接工程Ｓ４、Ｓ６において、各多関節ロボット８０をレール７３に沿って走行させながら、各組における上部鋼管柱１０と下部鋼管柱２０との溶接を順次連続して行う。

【0060】

この変形例では、レール７３に沿って、一対の多関節ロボット８０、８０を走行させながら、隣接する各組の上部鋼管柱１０と下部鋼管柱２０との溶接を連続して順次行うことができる。これにより、従来のごとく、各組ごとに上部鋼管柱１０または下部鋼管柱２０の周りを周回するように、ロボットを走行させるためのレールを取付けるような作業を行わなくてもよく、複数の鋼管柱１の溶接を順次連続して行うことができる。

【0061】

さらに、レール取付工程Ｓ２において、図１０に示すように、同じフロアに配置される複数組の上部鋼管柱１０および下部鋼管柱２０に対して、各下部鋼管柱２０を挟み込むように、ストレート部分７３ａとカーブ部分７３ｂを組み合わせた一対のレール７３Ａ、７３Ｂを、下部鋼管柱２０に、取付けてもよい。次に、第１および第２溶接工程Ｓ４、Ｓ６において、各多関節ロボット８０をレール７３Ａ、７３Ｂに沿って走行させながら、各組における上部鋼管柱１０と下部鋼管柱２０との溶接を順次行う。ここで、各レール７３Ａ（７３Ｂ）に複数台の多関節ロボット８０を配置し、複数台の多関節ロボット８０で、溶接を行ってもよい。

【0062】

以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

【符号の説明】

【0063】

１：鋼管柱、３：建て入れ治具、１０：上部鋼管柱、１１：エレクションピース、２０：下部鋼管柱、２１：エレクションピース、３０：開先、８０：溶接用ロボット（多関節ロボット）、９２：トーチ、１Ｌ、１Ｒ、２Ｒ、２Ｌ：治具間溶接区間、Ｐａ：第１溶接区間、Ｐｂ：第２溶接区間、Ｐｃ：第３溶接区間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】